缠绕式双卷筒提升机设计说明书

摘要单绳缠绕式矿井提升机的工作原理：钢丝绳的一端用钢丝绳夹持固定在卷筒幅板上，另一端经卷筒的缠绕后，通过井架天轮悬挂提升容器。这样，利用主轴旋转方式的不同，将钢丝绳缠绕上或放松，以完成提升或下降容器的工作。主轴装置是单绳缠绕式矿井提升机的主要工作机构，它的作用是： 缠绕提升机钢丝绳；承受各种正常载荷(包括固定载荷和工作载荷)；承受各种积极情况所造成的非常载荷。在非常载荷作用下，主轴装置部分不应有残余变形。单绳缠绕式矿井提升机的主轴装置是其核心部件，要求我们应认真设计，精心制造，这对于确保矿井提升机安全可靠运行，预防和杜绝故障及事故的发生，也具有十分重要的意义。本设计根据生产实际和预选的数据，以提升机的配套设备为核心，经过科学的计算和分析，设计、选择了一套矿井提升机的传动系统设备，并采用了光电测速传感器作为深度指示系统的数据采集装置，实现了从机械控制到数电控制的转变，同时为提升机控制系统的技术改造奠定了基础。关键词：提升机，主轴，制动器，光电测速传感器ABSTRACTWhat the principle of the single rope twines mine pit elevator is that: One end of the steel wire rope is fixed to Winding by the steel wire rope nip, another end after twined hangs and promotes the vessel by derrick wheel. In this way, we make use of the differences of the revolve way to twine or relax the steel wire rope so that to complete the vessel to step up or drop down.Main axle is the core part of the mine elevator. Its functions are: the steel wire rope of twines the type mine pit elevator ; endure a kind of normal load( including fixed load and work load ); endure the kinds of unusual load which is result from positive situation. Under the unusual load function, the part of the main axle equipment should not remain remaining distortion. It required us to be careful designing and manufacture when designing and manufacturing. Only in this way, we can prevent the occurrence of failures or accidents .Obviously, the possesses is very significance.This design is on the basis of the data which are chosen by advance and actually, take the elevator supplementary equipment as the core, after the analysis and computation in science, has designed and chosen a set of the transmission system of the mine pits elevators, and used the electrical-light sensor as the equipment of the indicating system which to measure the amount of the depth of the tank. It enforced the change from the mechanically control to the numerical control, at the same time, has laid the foundation for improve the control system of the elevator.KEY WORDS: elevator, main axle, brake, electrical-light measurement velocity sensor目 录1 前 言 -11.1 提升机的用途和发展概况 -11.2 提升机的结构和用途 -22 课题设计简介 -52.1 设计课题 -52.2 设计步骤 -52.3 设计思路 -53 JK3 提升机 (系列)主轴装置的原始资料 -63.1 本产品的型号、名称 -63.2 本产品的性能指标和设计参数 -64 JK3 提升机（E 系列）的选择和设计 -74.1 JK3 矿井提升机的工作原理和主要结构 -74.1.1 主轴 -74.1.2 卷筒 -74.1.3 主轴承 -84.1.4 盘形制动器装置 -94.1.5 深度指示系统 -94.1.6 减速器 -104.1.7 联轴器 -104.2 主轴装置的设计依据 -114.2.1 钢丝绳 -114.2.2 卷筒宽度 B-114.2.3 钢丝绳最大静张力 maxjF-114.2.4 钢丝绳最大静张力差F -124.2.5 最大提升速度 Vmax -124.2.6 电动机功率 PN-124.3 主轴的选择 -134.4 主轴的设计 -135 主要通用部件的选型计算 -155.1 盘形制动器 -155.2 减速器 -155.3 齿轮联轴器 -165.4 弹性棒销联轴器 -166 主轴的校核 -176.1 主轴强度校核 -176.1.1 工况一:提升开始, mhsa450,/1。 -186.1.2 工况二:提升终了, ， 。 -216.2 主轴挠度校核 -266.2.1 工况一:提升开始 -276.2.2 工况二:提升终了 -277 轴承寿命计算 -297.1 左轴承 -297.2 右轴承 -308 螺栓联接的计算和校核 -318.1 螺栓选用型号 -318.2 高强度螺栓平面摩擦联接校核 -318.3 受扭转力矩铰制孔螺栓强度计算 -319 机器的安装调试和维护 -339.1 机器的安装要求 -339.1.1 主轴装置 -339.1.2 卷筒 -349.1.3 盘形制动器 -349.1.4 电动机 -349.1.5 减速器 -359.2 机器的调整 -359.2.1 产品空运转试验要求 -359.2.2 机器的负荷试车 -369.2.3 机器的加载试车 -369.3 机器的维护和保养 -379.3.1 机器的维护和安全使用 -379.3.4 制动器的保养 -379.4 机器故障的排除 -38结 论 -40致 谢 -41参考文献 -42附录 单绳缠绕式提升机设计规范(摘录) -44附录 光电测速传感器 -5211 前 言1.1 提升机的用途和发展概况提升机是矿山大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具，在矿山生产建设中起着重要的作用。矿井提升机主要用于煤矿、金属矿和非金属矿中提升煤炭、矿石和矸石、升降人员、下放材料、工具和设备。矿井提升机与压气、通风和排水设备组成矿井四大固定设备，是一套复杂的机械电气排组。所以合理的选用矿井提升机具有很大的意义。矿井提升机的工作特点是在一定的距离内，以较高的速度往复运行。为保证提升工作高效率和安全可靠，矿井提升机应具有良好的控制设备和完善的保护装置。矿井提升机在工作中一旦发生机械和电器故障，就会严重地影响到矿井的生产，甚至造成人身伤亡。熟悉矿井提升机的性能、结构和动作原理，提高安装质量，合理使用设备，加强设备维护，对于确保提升工作高效率和安全可靠，防止和杜绝故障及事故的发生，具有重大意义。矿井提升机已有很长的发展历史。早在八百多年以前，我国古代劳动人民就发明了轱辘，用手摇骨碌从地下提升煤炭和矿石，以后发展成畜力绞车。十九世纪，由于电力的发展，电力拖动的提升机逐渐代替蒸汽提升机。近几十年来，矿井提升机有了更大的发展，出现了多绳摩擦式提升机以及先进的拖动和控制系统。目前，国外的矿井提升机正向体积小、重量轻和自动化的方向发展，以适应深井和大量的需要。解放以前，我国根本不能制造大型矿井提升机。解放以后，我国建立了矿井提升机的制造工厂，并已由仿制和改进国外产品发展到能自行2设计和制造。目前，我国已能成批生产近代化的大型矿井提升机。1958 年，我国设计并试制成功第一台 DJ2*4 多绳摩擦式提升机，为我国矿井提升机的制造和使用开辟了一个新的领域。目前，我国已能成批生产 JKM 型多绳摩擦式提升机，并正在逐渐形成多绳摩擦式提升机的新系列。1.2 提升机的结构和用途每台提升机都由若干部分组成：主轴、缠绕机构、轴承和主制动器。这些便是基本部分。缠绕机构有好几种，最常用的结构是单圆柱形滚筒及双圆柱形滚筒。对于单圆柱形滚筒，两根钢丝绳功用一个滚筒缠绕面；第一根钢丝绳自滚筒松开而相应地漏出的滚筒面由另一根钢丝绳缠上。对于双圆柱形滚筒，没根钢丝绳都缠绕在特有的滚筒上，即在任何时刻钢丝绳都只是缠在两支滚筒总缠绕面的一半上。在这种情形下，一个滚筒结实地固定在主轴上，另一个则活套在主轴上，借助于离合器与主轴相连，以便在必须时可使二滚筒作相对转动。滚筒相对转动的可能行使得提升设备的操作变得容易，因为可以容易地调节由于钢丝绳弹性变形而逐渐伸长的长度。此外，还可以补偿由于对钢丝绳做周期性的试验而截下的长度。依次，在每个滚筒的表面除了等于提升高度的钢丝绳长度外尚需附加 30 米长的钢丝绳，这样才有可能当滚筒作相对转动以使一根钢丝绳的铅垂长度增加时并不使另一根钢丝绳缩短。当有双滚筒提升机时还可能更换操作水平。当上容器停在井口车场时而下容器移至新的位置。这在一个提升水平但有个承受台时也是需要的，例如翻转式罐笼当提升重物及提人时容器的终端位置是不同的。当用单滚筒或滚筒的离合器不作用时，除原定水平外，如要服务于另一水平或承受台则仅能用一个提升容器；第二个容器不过起着平衡锤的作用，此时，提升生产率3骤然减少一半。提升机的第二个重要部分为把电动机的转动传到安置有缠绕机构的主轴上的减速器。减速器结构因其类型、用途不同而异。但无论何种类型的减速器，其基本结构都是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。轴系部件包括传动件、轴和轴承组合，轴承组合包括轴承、轴承盖、密封装置以及调整垫片等。减速器箱体上用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度、良好润滑及密封的重要零件。箱体质量约占减速器总质量的 50/%。因此，在箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大影响，设计时必须全面考虑。为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、吊运、检查油面高度、检查传动件啮合情况、保证加工精度和装拆方便等，在减速器箱体上常需设置某些装置或零件，将这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为减速器附属装置或简称为附件。它们包括：视孔与视孔盖、通气器、游标、放游螺塞、定位销、启盖螺钉、吊运装置、油杯等。制动器为提升机设备第三个重要部分。制动器直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分按结构分为盘式和块式闸等；第四部分是传动机构，是控制并调节制动力矩的部分。按传动能源分为油压、压气或弹簧等；第五部分为深度指示器及与其相连的控制保护装置，其用途为给司机指出提升容器在井筒中的位置；第六部分为操作台，电动机及制动器的操纵手把均匀集中在这里，有时也有离合器操纵手把；提升机最后一部分为油压及压气设备前者为每一机器所必备的；并且在油压制动传动时，它需作为机器润滑，同时也作为制动装置。当用压气制动时，油压设备所起的作用仅限于机器的润滑，而此时需要附加压气设备，而在油压制动时却不需要附加压气设备。煤炭、电力工业是国家的支柱产业，国民经济发展的重点。随着我4国国民经济的高速发展，电能利用量大大增加，煤炭、电力市场频频告急，致使江南、四川许多地区的企业大面积拉闸限电、减少劳动日、躲避用电高峰。而矿井提升机是煤炭产业的关键设备。为此，提高大型提升机的生产能力，满足国内能源、电力市场的需求势在必行，也是缓解当前煤炭、电力紧缺的关键所在。据有关市场调查， 年前国内火201力发电总装机容量为 亿千瓦，每年消耗的煤炭总量为 亿多吨，109 3按年产量 万吨煤炭生产能力的大型提升机来计算，国内煤炭市场每20年需递增大型提升机 台。因此，研制开发大型矿井提升机不75仅可以满足目前国内能源、材料、电力市场的需求，也将使矿井提升设备的技术水平、安全环保、生产能力、资源利用、减少项目初期投资等方面有较大的改善和提高，进而实现大型集中化、开发有序化、控制微机化、绿色环保化的安全、高效、经济和可持续发展的要求。矿井提升机的主轴装置是其主要的工作机构，它不仅要承受各种正常载荷（包括固定载荷和工作载荷） ，还要承受各种紧急事故情况下所造成的非正常载荷。本课题研究内容为 矿井提升机主轴装置设计，3JK为了使提升机高效、安全、可靠地为国内外矿山机械用户服务，实现广大用户和企业的经济双赢，实现矿山机械用户的高效、安全、低耗的良性经济发展态势。设计者要综合运用机械设计等知识，通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，完成预期设计任务，并使机械设计的基本技能得到训练。本设计在已有设计基础上针对新的市场、资源等要求，进行深入分析研究，对原有产品的结构进行一定的改善，设计新一代的改进型产品以适应市场需要，即在基本型产品的基础上，开发出能耗低、重量轻、经济实用的改进型产品。52 课题设计简介2.1 设计课题我所设计的课题题目是：缠绕式双卷筒提升机，以 提升机(3JK系列)为例，主要是主轴装置的设计。E提升机（ 系列）主轴装置设计的主要技术指标：3JKE1.卷筒直径 ；m2.最大提升速度不大于 ；s/63.矿井深度设定为 。4502.2 设计步骤第一步：根据类似主轴结构选定主轴并进行优化设计；第二步：依据所设计的主轴选用通用部件；第三步：对主轴及通用部件进行校核计算；第四步：确定主轴装置的安装、使用和维护的方法。2.3 设计思路在总的设计过程当中，尽量选用通用部件，尽量采用成熟的结构和标准部件以及提升机通用部件，提高标准化、系列化、通用化的程度；积极、慎重地采用和推广新结构、新材料、新工艺，做到技术先进，结构、工艺经济合理；在结构上尽可能考虑最大限度地缩短安装调试时间，做到以最少的代价带来最大的经济效益；在设计过程中，我以可靠性、安全性、经济性、方便性为原则，认真、求实、虚心求教、改革创新为信念，完成每一项任务。63 JK3 提升机 (系列)主轴装置的原始资料3.1 本产品的型号、名称本产品执行中华人民共和国机械工业部标准及 单绳79264JB缠绕式矿井提升机型式基本参数与尺寸 ，其型号表示方法符合中华人民共和国机械工业部 矿山机械产品型号编制方法的规751604JB定。型号示例： 矿 井 提 升 机2K.2/5.1E双筒*_ _| | | | | |_ 系列卷扬机类_ _| | | |_减速器速比 5.1矿井提升机组_ _| |_卷筒直径 米2注：*单筒无此代号3.2 本产品的性能指标和设计参数卷筒直径 mD3最大提升速度 sV/6ax矿井深度 H450容器自重 kgQr载重量 674 JK3 提升机（E 系列）的选择和设计4.1 JK3 矿井提升机的工作原理和主要结构矿井提升机由动力系统，传动系统、工作系统、制动系统、控制指示系统等及其它附属部分组成。它以电动机为动力源，通过减速器，传递给主轴装置，使缠绕在卷筒上的钢丝绳收放，实现提升容器在井筒中升降的目的，通过制动器，操纵台等一系列电气、液压和机械的控制、保护、指示系统，确保设备安全运行。本产品主要用于矿山地面竖井和斜井、作升降物料、人员及设备之用，也可用于井下运输和凿井吊桶提升，由于本产品电气设备为非防爆型，故不适用于有瓦斯、煤尘等易燃、易爆等介质的场合。 4.1.1 主轴主轴承受各种正常载荷（包括固定载荷和工作载荷）及各种紧急事故情况下所造成的非常载荷。它同时承受扭矩和弯矩，因此应具有足够的强度和刚度。主轴有两种不同的结构：一种是光轴，另一种是带有两个法兰的轴。本设计采用光轴结构。4.1.2 卷筒卷筒用来缠绕提升钢丝绳，应满足所需容绳量的要求，它承受尚未缠到卷筒上的钢丝绳拉力使卷筒产生的扭转和弯曲及已缠到卷筒上的钢丝绳对筒壳产生的径向压缩，因此应具有足够的强度。卷筒有以下几种不同的结构形式：8单筒提升机：对开装配式木衬卷筒，对开装配式绳槽卷筒，整体式木衬卷筒三种。对开装配式木衬卷筒：为便于运输和安装，每个卷筒采用了剖分装配式结构，为使钢丝绳排列整齐，减少钢丝绳的磨损，用户使用时应在卷筒外侧装设木衬，并在木衬上加工出绳槽。绳槽尺寸是由用户根据所有钢丝绳直径的大小而设定的。该木衬要采用英制木材，由用户自备。在使用过程中，应根据实际磨损情况，定期予以更换。对开装配式绳槽卷筒：与对开装配式木衬卷筒不同之处，是由制造厂在筒壳上直接加工出螺旋绳槽，为消除提升过程中的夹绳和减轻咬绳程度，在钢丝绳由一层向二层和由二层向三层过渡的过渡区增设了层间过渡块。整体式木衬卷筒：这种卷筒为整体结构，用户使用时应在卷筒外侧装设木衬，用户根据所用钢丝绳直径的大小自行在木衬上加工出绳槽，制动盘由制造厂焊接在卷筒上，并经过精加工。一般情况下用户不需要再加工，若制动盘偏摆量超过规定值，用户只需在安装后作少量加工，使之达到要求。由于对开装配式木衬卷筒结构具有易加工，运输方便，用户维护任务轻，可减少钢丝绳磨损，适应于不同绳径等优点，目前是主流的结构形式，所以本设计采用装配式木衬卷筒结构。卷筒上钢丝绳的出绳方向和出绳口位置的确定：对于单筒提升机，建议用户将钢丝绳的出绳方向选择在卷筒的上侧，即“上出绳” 。4.1.3 主轴承9主轴承受的载荷通过轴承传递给基础，主轴承采用双列向心球面滚子轴承。它主要用于承受径向载荷，也能承受少量的双向轴向载荷。具有调心性能，适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴以及难于精确对中的支承。该轴承结构简单，传动效率高，承载力大，使用中只需定期加注润滑脂即可，减少了用户的维修工作量。4.1.4 盘形制动器装置在早期的提升机系列产品中，制动装置一般采用的都是角移式制动器、平移式制动器和综合式制动器。但是角移式制动器具有围抱角较大，所产生的制动力矩也较小的缺点，而且由于闸瓦表面的压力分布不够均匀，闸瓦上下磨损也不均匀；平移式制动器则因为结构比较复杂，对于用户的维护和检修都十分不便；综合式制动器所能产生的制动力矩也比较小，不能适用于大功率、高速运转系统的紧急制动，容易给用户带来潜在的安全隐患。结合实际生产和工作的经验，本设计采用盘形制动器装置。盘形制动器装置是以实现提升机的工作制动和安全制动，其工作原理是液压松闸，弹簧力制动。它的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生的，为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，盘闸都是成对使用。根据所要求制动力矩的大小，每台提升机可布置多副制动器。4.1.5 深度指示系统深度指示系统是提升机的重要组成部分，其功能有如下几点：1. 指示提升容器在井筒中的实际位置。2. 发送减速、过卷等讯号。103. 进行限速保护。深度指示器系统一般有三种类型，多水平深度指示系统(监控器)，牌坊式深度指示器系统，圆盘式深度指示器系统。为满足提升机在各种工况下的使用要求，本设计配备有监控器和牌坊式深度指示器以及光电测速传感器系统。一般对于多水平提升的矿井，应优先采用监控器系统，对于单水平提升的矿井，用户可任选一种或多种组合使用，本设计推荐使用光电测速传感器系统。4.1.6 减速器齿轮减速器是矿井提升机机械系统中一个很重要的组成部分，它的作用主要是用来传递回转运动和动力。包括用电动机输出的转速经减速器降至提升卷筒所需的工作转速；把电动机输出的力和扭矩经减速器增至提升卷筒所需的力和工作扭矩。在矿井提升机上，减速器的常见结构形式有：渐开线行星齿轮减速器、平行轴圆弧齿轮减速器、平行轴渐开线圆柱齿轮减速器、双输入轴渐开线（圆弧）齿轮减速器、同轴式弹簧基础减速器。由于行星齿轮减速器具有体积小、重量轻、承载能力大、传动效率高和工作平稳等一系列优点，因此本设计采用行星齿轮减速器。4.1.7 联轴器提升机采用的联轴器有两种结构：减速器低速轴与主轴装置的联接采用齿轮联轴器。此种联轴器传递扭矩大，并能补偿安装时两轴的微量偏斜和不同心。减速器高速轴与主电机的联接采用弹性棒销联轴器，此种联轴器由于采用弹性元件和整体外套结构，因此不仅能减少机器启动和停车前的11惯性冲击，并能确保两轴联接的安全可靠。4.2 主轴装置的设计依据4.2.1 钢丝绳mDd5.3780 )14(s .212 2由以上参数决定选用三角股钢芯钢丝绳，结构型号为：6V37S+IWR。技术性能见表 41：表 41 钢丝绳性能参数钢丝绳公称抗拉强度， Mpa1670钢丝绳公称直径 钢丝绳近似重量钢丝绳最小破断拉力d允许偏差合成纤维芯钢丝绳 钢芯钢丝绳 纤维芯钢丝绳 钢芯钢丝绳m% mkg10/ KN3670/.54.5840.810.86注：最小钢丝破拉力总和=钢丝绳最小破断拉力 （纤维芯）或 （钢芯）723最小钢丝破拉力总和= =86KN23.4.2.2 卷筒宽度 Bm208536.123614.3250 )34(根据卷筒直径和计算所得的卷筒宽度选择标准提升机，此处选 。B2.4.2.3 钢丝绳最大静张力 maxjF12容器自重， ；本设计选用为 。rQkgkg40载重量， ；本设计选用为 。6钢丝绳每米重量， 。本设计选用为 。Pm/ 8.5m/kNFj .123.958.6043max )4(钢丝绳安全系数 的验算：n.812/ )5(本设计满足升降物料的要求。4.2.4 钢丝绳最大静张力差FknFj8.123max )64(4.2.5 最大提升速度 VmaxsVj /485.014.5. )74(ms6./.832max 84.2.6 电动机功率 PNkWN 5.1483.92.065813. )94(选用的电动机型号为： 直流电动机。性能参数如下：7Z额定电压 转速 V6min/7r最大转速 120功率 kw5效率 7.93134.3 主轴的选择主轴材料一般采用优质中碳钢，最常用的是 碳素结构钢，这45种材料价格便宜，对应力集中的敏感性小，加工性能好，一般不采用合金钢。本系列产品的主轴有两种不同的结构，单、双筒 米提升机采用3光轴，固定卷筒的左右支轮热装在主轴上，而 米双筒提升机的主轴5.上有两个锻造出的法兰盘，固定卷筒的两个幅板用高强度螺栓分别与两法兰连接。主轴一般选优质中碳钢 ，其主要机械性能如表 ：4524表 钢的主要性能参数2热处理 正火 回火毛坯直径 m 103 05 075硬度 HB6271627162抗拉强度 bMpa584屈服强度 s 90800弯曲疲劳极限 12325215扭转疲劳极限 pa1513许用静应力 M846许用疲劳应力 160 71354.4 主轴的设计根据结构及工艺要求，绘制出结构草图，并初定主轴的尺寸，主轴14直径可根据传递扭矩进行初算，也可根据结构估计，通常取，式中 为卷筒直径，然后进行验算。Dd)10/8(图 41 主轴设计草图图 41 为本设计最终选取的方案草图。该主轴采用两点支撑，电动机在轴的右端通过连轴器和减速器与轴连接。轴上设计一个键槽，为以后安装机械式深度指示器装置预留接口。支轮与轴的连接采用热装方式；减速器与轴的连接则采用两个切向键来连接。115 主要通用部件的选型计算5.1 盘形制动器估算摩擦半径mRm65.13.0)15(所需制动力矩KNMT .028.5. )2(所需总摩擦力.365.1mTR)35(单个制动器的正压力2.574.02836N)45(选用制动器型号为： 。性能参数为：一个制动器所产生的最大压31TS力为 。制动器装置数量为 个，制动器对数为 对。KN63245.2 减速器求所需额定扭矩及最大输出扭矩mkNM3.428.13.max )5(额定扭矩11mkNFM7.18523)65(选用的减速器型号为： 。0AZL高速级转速为： ；低速级转速为： 。min/750r in/38r5.3 齿轮联轴器长期作用于联轴器上的最大扭矩mkNMg 5.278.138.2 )75(联轴器所需的最小允许扭矩.40.min )8(选用的齿轮联轴器型号为： 。公称转矩 。许用转17CL56速 。i/380r5.4 弹性棒销联轴器所需额定力矩mNM3106.792.051238. )95(选用的弹性棒销联轴器型号为: 。HL176 主轴的校核6.1 主轴强度校核安装在主轴上的零部件的重量：可认为集中加于各轮毂中心。主轴自重可认为是均布载荷，也可认为集中加在各轮毂处，作用于各轮毂的中心，此项载荷在提升过程中大小不变。缠绕在卷筒上的钢丝绳的重量：此项载荷在提升过程中是变化的。钢丝绳拉力，在提升过程中大小是变化的。计算说明：1. 提升机出绳按水平方向计算。2. 由于提升过程中外载荷是变化的，设计时都是对具体提升机选定几种典型的工况，对这几种工况的外载荷进行计算，然后找出各危险断面的最大外载荷进行强度计算。本设计选取了提升机提升开始和结束时的两种典型工况。在这两种工况下，提升机主轴装置的受力达到极限状态，并且计算时对其主轴装置的受力分析也采用了典型分析，这样所计算出的数据更有意义，也更有说服力。3. 本计算根据第三强度理论即最大切应力理论。这一理论认为引起材料屈服破坏的因素是最大切应力。最大切应力理论能很好地说明低碳钢试件拉伸出现的滑移线，并与有关塑性材料的多种试验结果相接近。它的计算也较简便，所以应用相当广泛。186.1.1 工况一:提升开始, 。mhsa450,/1(1)主轴上作用力大小转矩 KNT3.圆周力 kFj216径向力 G.9(2)轴承支反力水平面上的支反力kNFjA5.1062741)16(jB.1 2图 6-1 工况一垂直面上的支反力kNGFA 2.19627042 )36(19kNGFB 2.19627042 )46(3)求弯矩C 处 水平面 mkMAC11 )56(垂直面 kNGFB 4.23870422 D 处 水平面 D.11 )76(垂直面 mkNFMB6.2702 8(4)合成弯矩C 处 C 8.34.122221 )96(D 处 kND 0.956.74.2 10(5)计算弯矩轴为双向回转,视转矩为对称循环, ,则截面 C、D 两处的当量1弯矩分别为：mkNTMCv .463.8.324)(22 )16(D 8.5.0.95 2(6)按弯扭合成应力校核轴的强度截面 C 当量弯矩最大,故截面 C 为可能危险截面。MPaPaMdv 1536.29501.367.03 )136(截面 E 处虽仅受转矩,但其直径最小,则该截面亦为可能危险截面。20MPaPaMdTE 1512.453501.4.063 )146(所以主轴强度足够。图 6-2 危险截面由图 6-1 及图 6-2 可知，计算弯矩在 C 截面处最大；截面处计算弯矩较大，且有圆角和配合边缘的应力集中；截面处计算弯矩也较大且有键槽的应力集中；截面处计算弯矩虽然不大，但其直径最小且有圆角、键槽和配合边缘多种应力集中。所以以上 4 个都是可能的危险截面。可取许用安全系数 ，其校核计算如下：8.15.S(7)C 截面处疲劳强度安全系数计算抗弯截面系数 330.2.0cmWU)156(抗扭截面系数 15K合成弯矩 kNMC8.4)7(扭矩 T3186因为应力为对称循环应力:弯曲应力幅 MPaWUCa0.265.184 )9(弯曲平均应力 Pm020621扭剪应力幅 MPaWTKca4.1325. )216(扭剪平均应力 Pm0弯曲、剪切疲劳极限 a1a125弯曲、扭转的等效系数 34.0绝对尺寸系数 50表面质量系数 9.弯曲时配合边缘处有效应力集中系数为： 52.K扭转时配合边缘处有效应力集中系数为： 8.1受弯矩作用时的安全系数56.2034.59.0261 maKS )23(受扭矩作用时的安全系数7.201.5.90438211 maS )246(安全系数SSSC 94.17.256.2 )256(截面处疲劳强度安全系数校核(经计算可证明安全，略)。截面处疲劳强度安全系数校核(经计算可证明安全，略)。截面处疲劳强度安全系数校核(经计算可证明安全，略)。226.1.2 工况二:提升终了, ， 。0ah(1)主轴上作用力大小转矩 mKNT3.4圆周力 kFj812径向力 G.图 6-3 工况二(2)轴承上的支反力3.8462701jAF)26(kNjB.1 7垂直面上的支反力 kGFA 1.32627042 )286(23kNGFB 1.32627042 )296(3)求弯矩C 处 水平面 mkMAC.181 )30(垂直面 kNGFB 2.6470242 16D 处 水平面 kD.801 )32(垂直面 mB2(4)合成弯矩C 处 kNMC 2.31.64.1822221 )346(D 处 D .2 5(5)计算弯矩轴为双向回转,视转矩为对称循环, ,则截面 D 处的当量弯矩为1mkNaTMDv .4583.2.31)(222 )36(6)按弯扭合成应力校核轴的强度截面 D 当量弯矩最大,故截面 D 为可能危险截面。MPaPadv 156.3501.48.0363 )376(截面 E 处虽仅受转矩,但其直径最小,则该截面亦为可能危险截面。MT9.73. 163 )8(所以主轴强度足够。24图 6-4 危险截面由图 6-3 及图 6-4 可知，计算弯矩在 D 截面处最大；截面处计算弯矩较大，且有圆角和配合边缘的应力集中；截面处计算弯矩也较大且有键槽的应力集中；截面处计算弯矩虽然不大，但其直径最小且有圆角、键槽和配合边缘多种应力集中。所以以上 4 个都是可能的危险截面。取许用安全系数 ，其校核计算如下：8.15.S(7)截面处疲劳强度安全系数计算抗弯截面系数 32323 105.946.1.2461. cmdtbWU )96(抗扭截面系数32323 10.946.1.2164.16 cdtbK )46(合成弯矩mkNM1.72.3204 )1(扭矩T. )426(因为应力为对称循环应力:25弯曲应力幅 MPaWUa6.75912 )436(弯曲平均应力 m0扭剪应力幅 aTKa.17.934 )456(扭剪平均应力 MPm0弯曲、剪切疲劳极限 a251MPa130弯曲、扭转的等效系数 34.2.绝对尺寸系数 606表面质量系数 95.弯曲时配合边缘处与键连接处的有效应力集中系数分别为： 64.1K76.1K扭转时配合边缘处与键连接处的有效应力集中系数分别为：3. 54.计算取较大值，即 7611受弯矩作用时的安全系数6.9034.695.07121 maKS )476(受扭矩作用时的安全系数75.201.695.07411 maS )486(安全系数26SSS 64.275.6.922 )496(D 截面处疲劳强度安全系数校核(经计算可证明安全，略)。截面处疲劳强度安全系数校核(经计算可证明安全，略)。截面处疲劳强度安全系数校核(经计算可证明安全，略)。6.2 主轴挠度校核由于作用于主轴上的载荷不对称，主轴的最大挠度并不发生在主轴的中点，但分析指出，用主轴中点的挠度代替最大挠度误差很小，故以下计算只计算主轴中点的挠度。另外，主轴是阶梯轴，近似的按当量直径法计算。 Pfa bL图 6-5 挠度计算示意图当 时 ab)43(82aLEJPf当 时 2bf式中： 主轴在垂直或水平面内各节点上的作用力， ；P N主轴材料的弹性模数， ；EMpaE105.主轴的惯性矩， ；J4cm2764mdJ)506(niidlL14 1式中： 主轴两支点间长度, ；L第 段阶梯轴的长度, ；il m第 段阶梯轴的直径, 。idccm6 444444108.03.276 3516.0268.053.16.255. 7 )2(466.8.3cmJ)(6.2.1 工况一:提升开始fC 622653 1047.3.70.124.01.486 )54(m5.9mfD0 )6(622653 107.470.124.481 57挠度合成:mf6. )8(fDC61032.5596mff 6221 5.47.3 )0(6.2.2 工况二:提升终了mfC0 )61(28mfC 622653 103.470.124.0.481 )2(D . 3f 622653 10.7.40.124.0.481 )64(挠度合成:mf6. )5(DC107326mff 66222 45.1 )7(主轴允许挠度：Lf 610930.)8(由以上计算可得：因此主轴刚度合格。1f2f297 轴承寿命计算轴承寿命计算公式：)(1060153tPCnLh )17(式中： 已选定的轴承的额定动负荷， ；CN轴承的工作转速 ，nmi/r修正后的当量动负荷，P;0fP-轴承所受的动负荷， ；0负荷系数，见 轴承样本表 ，一般可取pfLYC4；4.1pf7.1 左轴承轴承代号： 2308性能参数：额定负荷 )(KN极限转速 ：min)/(r40d静负荷 0C457脂 5406D动负荷 21油 67148B重量 kg15hLh 563106 10.5.74.12380 )27(左轴承合格。307.2 右轴承轴承代号： 2308性能参数：额定负荷 )(KN极限转速 ：min)/(r40d静负荷 0C457脂 5406D动负荷 21油 6718B重量 kg1hLh 563106 10.5.74.12380 )27(右轴承合格。318 螺栓联接的计算和校核8.1 螺栓选用型号连接孔选用螺栓型号为： 86572GB1204M铰制孔选用螺栓型号为：8.2 高强度螺栓平面摩擦联接校核螺栓所能传递的力矩mkNMe 3.25908.162.0195. )18(所需要传递的动力矩4.动 )2(螺栓的预拉力 k